LHX6基因在肺癌中的甲基化及表達

張明謙 李艷 畢瑜 羅文娟 韓飛

1昆明醫(yī)科大學附屬延安醫(yī)院急診醫(yī)學科（昆明 650051）；2中國人民解放軍第三軍醫(yī)大學軍事預防醫(yī)學院毒理學研究所（重慶 400038）

現(xiàn)今世界范圍內(nèi)肺癌已成為腫瘤性疾病中排名第一的惡性腫瘤［1-2］，因其預后差及病死率高，已嚴重威脅人類健康。目前，超過60%的新診斷肺癌患者被確定為臨床晚期患者。大多數(shù)晚期肺癌患者已經(jīng)發(fā)生了遠處器官轉(zhuǎn)移，從而失去手術(shù)根除治療的可行性，這也是肺癌死亡率極高的最主要原因。因此，尋找有效的早期診斷和靶向治療方法是降低肺癌死亡率的重要手段。

肺癌形成是一個遺傳和表觀遺傳異常積累的多步驟過程。眾多研究［3-5］已證實DNA甲基化作為表觀遺傳的最主要形式之一廣泛參與了腫瘤的形成過程，其主要原因是DNA高甲基化常常致使重要腫瘤抑癌基因表達失活。因此，篩選和鑒定新的功能性甲基化調(diào)控基因?qū)θ骊U明肺癌發(fā)生的分子機制和尋找更好的肺癌診斷及治療靶點并最終有效防控肺癌具有重要意義。

人類 LHX6（LIM homeobox domain 6）基因定位于第9號染色體的q33.2位置，是編碼LIM同源域的轉(zhuǎn)錄因子之一，參與胚胎發(fā)育過程和影響多器官系統(tǒng)形態(tài)發(fā)生［6-7］。在腫瘤方面有研究［8-9］認為LHX6基因甲基化可以作為一個識別頭頸癌的甲基化標記物，而在宮頸癌中則可能具有重要的早期診斷價值。近期課題組發(fā)現(xiàn)LHX6基因在肺癌中呈現(xiàn)了高甲基化，但LHX6基因在肺癌中甲基化程度與其表達之間關(guān)系以及該基因在肺癌中的生物學功能目前還不清楚，因此，本研究采用甲基化特異性PCR（methylmion Specific PCR MSP）并結(jié)合RT?PCR和qPCR方法檢測了肺癌組織和癌旁組織、正常肺組織、肺癌細胞系中LHX6基因的甲基化水平及該基因表達水平。同時通過過表達LHX6基因后對腫瘤細胞的生長、增殖影響進行觀察，初步獲取該基因在肺癌中的生物學功能，為深入研究LHX6基因在疾病發(fā)生、信號通路等方面提供資料。

1 材料與方法

1.1 臨床標本和細胞來源本實驗臨床標本來自于2016年1月至2017年10月昆明醫(yī)科大學附屬延安醫(yī)院胸外科手術(shù)切除肺癌患者腫瘤標本及中國人民解放軍第三軍醫(yī)大學毒理研究所標本庫，配對癌旁組織均距離腫瘤邊緣＞2 cm，標本離體后按標準標本處置流程制作成石蠟包埋蠟塊。入選標本患者均未接受化療及放療治療。研究通過昆明醫(yī)科大學附屬延安醫(yī)院醫(yī)學倫理委員會批準，招募患者均簽署了知情同意書。

實驗所用肺癌細胞系均購自于中國科學院上海生命科學研究院資源中心，肺癌細胞系保存和制備均符合實驗要求。

1.2 方法

1.2.1 MSP檢測石蠟包埋組織通過二甲苯脫蠟處理獲取組織，肺癌細胞系按要求進行培養(yǎng)并消化收集所需細胞，通過DNA提取試劑盒對組織和細胞DNA進行提取，瓊脂凝膠電泳對產(chǎn)物進行驗證。DNA methylation?gold kit試劑對產(chǎn)物修飾處理后進行PCR擴增。引物如表1。

1.2.2 RT?PCR與qPCR腫瘤組織通過經(jīng)典Trizol法提取總RNA，測定OD260/OD280值，逆轉(zhuǎn)錄為cDNA后儲存在-20℃冰箱待用。RT?PCR產(chǎn)物使用2.5%的瓊脂糖膠進行電泳檢測，qPCR使用熒光定量儀器進行測定，結(jié)果分析使用2?ΔΔCT法計算。引物如表2。

表1 甲基化特異性PCR（MSP）引物設(shè)計Tab.1 Design of primers for methylation specific PCR（MSP）

表2 實時定量基因擴增熒光檢測系統(tǒng)（qPCR）引物設(shè)計Tab.2 Design of primers for Real?time Quantitative PCR

1.2.3 免疫組化Anti?LHX6購自Santa Cruz Biotechnology公司（ab57064）。按實驗說明進行稀釋，免疫組化實驗結(jié)果通過細胞的染色強度和陽性率的乘積進行表達水平定量，具體如下：按染色陽性率及染色強度進行評分，其中染色陽性率分值4分（≤ 5%，0分；5% ～25%，1分；26% ～50%，2分；51% ～75% ，3分；＞76% ，4分），染色強度分值3分（陰性，0分；弱陽性，1分；中陽性，2分；強陽性，3分）。根據(jù)平均表達值對表達情況進行劃分，0～7分為低表達組；8～12分為高表達組。

1.3 統(tǒng)計學方法本實驗數(shù)據(jù)均采用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件處理。采用的統(tǒng)計學方法：（1）配對t檢驗；（2）χ2檢驗；P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 LHX6基因在肺癌組織中及肺癌細胞系中的甲基化情況通過MSP對入選患者肺癌組織及實驗所用肺癌細胞系LHX6基因甲基化分析發(fā)現(xiàn)，正常組織和癌旁組織與肺癌組織相比較，LHX6基因在肺癌組織中出現(xiàn)了明顯甲基化情況P＜0.05；在肺癌細胞系中也出現(xiàn)了不同程度的甲基化情況，而正常支氣管粘膜細胞該基因未發(fā)生甲基化，兩者具有顯著差異P＜0.05（圖1）。

2.2 LHX6基因在肺癌組織中及肺癌細胞系中的表達情況通過免疫組化我們對LHX6基因在肺癌組織，癌旁組織LHX6基因表達情況進行了檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與癌旁組織相比較，LHX6基因在癌組織中出現(xiàn)了低表達情況（圖2），進一步通過RT?PCR與qPCR對LHX6基因在肺癌組織、癌旁組織及肺癌細胞系表達情況進行檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該基因在癌組織中呈現(xiàn)了明顯表達下降趨勢，肺癌細胞系與正常支氣管黏膜細胞HBE相比較LHX6基因表達也呈現(xiàn)明顯低表達情況（圖3）。

圖1 LHX6基因在正常組織、肺癌組織及肺癌細胞株中甲基化檢測結(jié)果Fig.1 Representative results of LHX6 methylation status were shown in human tissue and cell lines

圖2 LHX6基因表達水平在正常癌旁組織及肺癌組織免疫組化檢測結(jié)果Fig.2 LHX6 expression was tested in tumor and adjacent lung tissues of patients using IHC

Fig.3 The mRNA expression of LHX6 was analyzed in lung tissues and cell lines by RT?PCR and qPCR圖3 LHX6基因在肺癌組織及肺癌細胞株中mRNA表達水平檢測結(jié)果

2.3 LHX6基因甲基化與其表達的關(guān)系為了驗證LHX6基因甲基化水平是否調(diào)控該基因表達，筆者在肺癌細胞系中進行了去甲基化藥物5?雜氮-2-脫氧胞苷（5?aza?dC）處理，并對比處理前后腫瘤細胞中LHX6基因的表達情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)去甲基化處理后，LHX6基因在腫瘤細胞中出現(xiàn)了表達升高的情況（圖4），說明該基因表達受甲基化調(diào)控，甲基化程度與該基因表達呈負相關(guān)關(guān)系。

圖4 5?雜氮?2?脫氧胞苷去甲基化處理后LHX6基因mRNA在肺癌細胞株表達檢測結(jié)果Fig.4 The mRNA expression of LHX6 was restored in lung cancer cell lines after treatment with the demethylation agent 5?aza?dC

2.4 LHX6表達與肺癌患者臨床特征關(guān)系分析對入組88名肺癌患者臨床特征進行分析，研究對象年齡，性別，臨床分期均無統(tǒng)計學差別，但該基因高表達組在組織學特征和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移以及腫瘤組織大小與低表達相比較差異有統(tǒng)計學意義（表3），提示該基因表達與肺癌患者的腫瘤細胞惡性程度及腫瘤大小相關(guān)，與早期淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移也有一定關(guān)系。LHX6高表達后可以減輕腫瘤細胞惡性程度及腫瘤大小，且可以減少早期淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的可能性。

2.5 LHX6基因在肺癌中的生物學功能初步研究為了初步探索LHX6基因在肺癌中的生物學功能，我們在肺癌細胞系中對LHX6基因過表達處理，并通過CCK8增殖實驗和克隆形成實驗對該基因過表達后對腫瘤細胞生長及增殖的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)LHX6基因過表達后，腫瘤細胞生長及增殖明顯受到抑制（圖5），該基因具有明顯的抑癌作用。

3 討論

目前眾多實驗研究證實，在導致腫瘤性疾病發(fā)生多種原因中，表觀遺傳調(diào)控異常起著重要作用，其中以DNA甲基化導致抑癌基因沉默最終形成腫瘤的觀點被廣為接受［10-11］。因此深入開展因DNA甲基化引起的表觀遺傳變化對于有效控制腫瘤性疾病的發(fā)生具有重大的意義。

表3 88例肺癌患者LHX6表達水平與臨床特征情況Tab.3 Correlations between LHX6 expression and clinical parameters in 88 lung adenocarcinoma patients 例

圖5 LHX6基因抑制腫瘤細胞增殖（細胞增殖實驗及克隆形成實驗）Fig.5 LHX6 inhibits cancer cell growth by cck8 and Colony formation assays

LHX6基因作為編碼LIM同源域的轉(zhuǎn)錄因子，在其啟動子區(qū)域具有一個典型的CpG島［12-13］。已有研究證實，該基因與腫瘤的發(fā)生關(guān)系密切，如頭頸部腫瘤等［9］。而LHX6基因在肺癌中是否也存在DNA甲基化異常目前報道尚少，因此本實驗通過對該基因在肺癌組織、癌旁組織及肺癌細胞系中甲基化情況進行檢查，分析該基因甲基化與其表達的相關(guān)性，并初步探索該基因在肺癌中所發(fā)揮的生物學功能，為進一步深入研究LHX6基因提供實驗數(shù)據(jù)。

通過實驗筆者發(fā)現(xiàn)，與癌旁正常組織相比較LHX6基因在肺癌組織中呈現(xiàn)明顯的高甲基化情況，同時相應(yīng)的肺癌細胞系中（A549、95D、H358、H460、SPC?A?1）與正常支氣管黏膜細胞（HBE）相比較，LHX6基因也呈現(xiàn)了不同程度的甲基化情況。筆者對肺癌組織、癌旁正常組織及肺癌細胞系中該基因的表達進行了進一步檢測發(fā)現(xiàn)，LHX6基因在肺癌組織中和肺癌細胞系中均出現(xiàn)了表達下降情況。為了明確該基因甲基化是否調(diào)控其表達，我們在肺癌細胞系中應(yīng)用5?雜氮?2?脫氧胞苷（5?aza?dC）進行了去甲基化處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過去甲基化處理后，該基因表達上調(diào)。因此，筆者認為LHX6基因在肺癌的發(fā)生過程中發(fā)生了由異常甲基化導致的異常情況表達，暗示LHX6可能在肺癌發(fā)生、發(fā)展中具有重要的作用。

為了初步探索LHX6基因肺癌發(fā)生、發(fā)展中可能的功能，筆者構(gòu)建該基因表達載體，并對LHX6基因低表達或不表達肺癌細胞系進行過表達處理，通過細胞增殖實驗（CCK8法）及克隆形成實驗分析該基因過表達對腫瘤細胞增殖的影響。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，過表達LHX6基因后，腫瘤細胞增殖和克隆形成明顯受到抑制。這些功能性數(shù)據(jù)表明，LHX6基因在肺癌中是一個重要的抑癌因子。不過，筆者對LHX6基因功能的研究僅處于探索階段，目前該基因?qū)δ[瘤細胞周期、凋亡、遷移和侵襲的影響還不清楚，而且LHX6基因發(fā)揮抑癌功能的具體信號通路研究也尚未開展，將在今后的工作中逐步深入研究。值得一提的是，筆者的最新數(shù)據(jù)顯示LHX6的抑癌作用可能與Wnt/β?catenin信號通路有關(guān)［14-15］。

本研究的主要不足之處是肺癌樣本量較小，不能進行更有意義的臨床分析如該基因與病人預后的關(guān)系等。在接下來的研究將進一步擴大樣本量，收集更詳盡臨床信息包括患者生存時間、放療和化療情況等，為分析和確定該基因能否可以應(yīng)用于臨床防治奠定基礎(chǔ)。

綜上所述，LHX6基因在肺癌及肺癌細胞系中表現(xiàn)為高甲基化情況，且其甲基化程度調(diào)控該基因表達，過表達該基因后可以顯著抑制腫瘤細胞增殖，因此筆者認為LHX6基因在肺癌中是一個重要的抑癌基因，具有進一步研究的價值。

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